Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Praktikum_po_fizike / №28определение показателя преломления.doc
Скачиваний:
102
Добавлен:
05.02.2016
Размер:
867.84 Кб
Скачать

184

Лабораторная работа № 28 определение показателя преломления вещества с помощью рефрактометра

Цель работы: изучить устройство и принципы работы рефрактометра, исследовать зависимости показателя преломления раствора от его концентрации, ознакомиться с некоторыми методами исследования и анализа вещества, основанными на измерении его показателя преломления.

Приборы и принадлежности: рефрактометр, растворы различной концентрации (сахар,NaClи другие вещества), дистиллированная вода, спирт, глицерин, вата или бинт для протирки призм рефрактометра.

Теория работы

Луч света при переходе через границу двух сред изменяет свое направление распространения. Это явление называется преломлением или рефракцией света.

Рассмотрим законы отражения и преломления света.

Законы отражения света:

1.Луч падающий и отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения.

2.Угол падения α равны углу отражения, см. рис.1.

Законы преломления света:

1.Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падение, лежат в одной плоскости.

2.Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:

, (1)

где и- скорость света в первой и второй средах, соответственноn2,1 – показатель преломления второй среды относительно первой (относительный показатель преломления).

Отношение скорости света в вакууме к скорости его распространения в данной среде называется абсолютным показателем преломленияn среды: . Тогда, т.е. относительный показатель преломления сред равен отношению абсолютных показателей преломления этих сред.

Если свет переходит из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем преломления, то в соответствии с (1), угол падения будет больше угла преломления. При падении луча под наибольшим возможным углом (α = , т.е. луч скользит вдоль границы раздела сред), угол преломления βпр будет наибольшим для данных сред и называется предельным углом преломления (рис.2).

Подставляя α = 900 и βпр в (1), получим: (2), откуда:.

Используя последнее выражение, можно найти показатель преломления исследуемой жидкости.

Если свет переходит из оптически более плотной среды в среду оптически менее плотную, то угол преломления будет больше угла падения. С увеличением угла падения увеличивается и угол преломления (рис.3) до тех пор, пока при некотором угле падения α = αпр угол преломления окажется равным . Угол αпр – предельный угол полного отражения. При углах падения α > αпр весь падающий свет полностью отражается в первую среду (полное внутреннее отражение).

Таким образом, предельный угол преломления и предельный угол полного отражения для различных веществ в растворе зависит от их показателей преломления, определяемых концентрацией раствора.

Это нашло применение в рефрактометрах – приборах для измерения показателя преломления веществ. Рефрактометры используют при определении общего белка сыворотки крови, чистоты воды и других веществ, для идентификации веществ; определения растворимости; рефрактометрического детектирования веществ в жидкостной хроматографии и особенно при изучении жидких и растворимых соединений.

При взаимодействии света (электромагнитная волна) с диэлектриками, под воздействием электрической составляющей волны происходит поляризация диэлектрика – процесс ориентации диполей или появления под действием электрического поля ориентированных по полю диполей.

Степень поляризации диэлектрика характеризуют дипольным моментом единицы объема (вектор поляризации или поляризованность среды), который равен произведению дипольного момента каждой молекулына число молекулN в единице объема:

=∙N.

Момент диполя =. Для большинства диэлектриков поляризованность- прямо пропорциональна напряженности Е электрического поля в диэлектрике:= , гдеα– коэффициент поляризуемости или просто поляризуемость, характеризующая строение молекулы. Учитывая, что в диэлектриках различают поляризацию трех видов (электронную, ориентационную, ионную), полную поляризуемость α можно представить как сумму: α = αэл+ αор+ αи. В области оптических частот αори αи можно пренебречь и считать, что ααэл.

В основе рефрактометрического метода исследования вещества лежит формула Лоренц-Лорентца, связывающая показатель преломления nизотропного вещества с числом АвогадроNA, молярной массой М, поляризуемость αэл молекул вещества:

, (3)

где RМ молекулярная рефракция вещества. Выражение:

(4)

называется удельной рефракцией вещества.

Для каждого элемента удобно ввести понятие атомной рефракции R=rA= (5) (А – атомная масса) и молекулярной рефракцииRМ =rМ =(6). Опыт показывает, что во многих случаях молекулярная рефракция обладает свойством аддитивности:

RМ = g1A1r1 + g2A2r2 + …= g1R1 + g2R2 +… (7)

где g1 >g2… - число атомов элемента, входящего в состав молекулы.

Аддитивность молекулярной рефракции означает, что взаимодействие отдельных атомов с полем световой волны не зависит от других атомов, входящих в состав той же молекулы.

В работе исследуется рефракции соединений из углерода, водорода и кислорода: вода (H2O), глицерин (С3Н8О3), этиловый спирт (С2Н6О), алмаз (С) и лед (Н2О). Если измерить показатели преломления первых трех соединений, то, используя аддитивность молярной рефракции, можно вычислить показатель преломления любого другого соединения из углерода, водорода и кислорода, например, алмаза и льда. Для этого по измеренным показателям преломления воды, глицерина и спирта необходимо вычислить по формуле (6) молекулярные рефракции этих веществ, а затем рассчитать атомные рефракцииRc ,RH иRo, решив систему из 3-х уравнений с 3-мя неизвестными:

= 2RH + RO

= 3RC + 8RH + 3RO

= RC + 6RH + RO

По найденным значениям RC,RH, ROможно найти молекулярную рефракцию льда и алмаза и вычислить по формуле (6) ожидаемые величины их показателей преломления (значения ρ и М берутся из таблиц).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.